我國一些企業(yè)已有裝置改造后或新建裝置完成后將具備2套相同工藝的丁二烯裝置，鑒于2套相同丁二烯裝置間的共性以及裝置高負(fù)荷運(yùn)行的要求，流程的集約化將給裝置在高負(fù)荷條件下的運(yùn)行帶來極大的靈活性，能延長裝置的運(yùn)行周期、提高裝置的經(jīng)濟(jì)效益。筆者以某廠2套二甲基甲酰胺(DMF)抽提丁二烯裝置集約化改造為例進(jìn)行了介紹。
1 現(xiàn)有工藝及存在問題
目前我國的丁二烯主要來源于C4餾分抽提法，抽提工藝路線基本相同，即首先通過萃取精餾將來自上游乙烯裝置混合C4餾分中的丁烯、丁烷、乙烯基乙炔等組分脫除，再通過普通精餾將其他烴類(如甲基乙炔)及水脫除，最終得到純度一般為99.5%-99.9%的丁二烯產(chǎn)品。根據(jù)萃取精餾采用萃取劑的不同，丁二烯抽提法的生產(chǎn)工藝主要分為3種，即：乙腈法(ACN法)、DMF法、N-甲基吡咯烷酮法(NMP法)。
以上3種主要抽提工藝中的DMF法在我國具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。盡管如此，DMF法本身的工藝條件決定了在生產(chǎn)過程中設(shè)備管線會出現(xiàn)易聚合、易堵塞、易腐蝕等缺點(diǎn)。
1,3-丁二烯是具有共軛雙鍵的最簡單的二烯烴，它的化學(xué)性質(zhì)非常活潑，在丁二烯生產(chǎn)過程中易生成多種聚合物，如：橡膠狀聚合物、丁二烯過氧化自聚物、丁二烯端基聚合物等。糠醛為DMF抽提工藝中添加至萃取系統(tǒng)常用的阻聚劑，糠醛極易與混合餾分中的C5、二烯烴等聚合生成焦油，焦油的黏度較大，當(dāng)系統(tǒng)中焦油含量高時，其流動性降低，從而在濃度高的地方積聚而堵塞設(shè)備管線。設(shè)備管線的堵塞給裝置的長周期、高負(fù)荷運(yùn)行帶來了很大的影響，橡膠狀聚合物和糠醛聚合物是造成萃取系統(tǒng)堵塞的主要原因，而在壓縮機(jī)系統(tǒng)和普通精餾系統(tǒng)則經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有丁二烯過氧化自聚物和丁二烯端基聚合物。
抽提法生產(chǎn)丁二烯的3種主要生產(chǎn)工藝中所使用的溶劑都要在汽提塔中進(jìn)行分離，汽提塔塔釜溫度是塔釜物料的泡點(diǎn)溫度。乙腈、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮3種溶劑的沸點(diǎn)分別為82、153、205℃，由于工藝條件的不同、溶劑中含水量的差異使得這3種丁二烯抽提工藝的汽提塔塔釜溫度在實際生產(chǎn)中分別為163(DMF法)、148(NMP法)、130℃(CAN法)。不難看出DMF法是3種丁二烯抽提工藝中循環(huán)溶劑溫度最高的，DMF法抽提工藝的高釜溫加速了系統(tǒng)中聚合物的生成。另外，DMF法中所使用的萃取劑DMF在生產(chǎn)過程中易與微量水發(fā)生水解反應(yīng)，反應(yīng)式如下：
(CH3)2NCHO+H2OD(CH3)2NH+HCOOH
系統(tǒng)的高溫及水含量的上升均會促進(jìn)DMF的水解，DMF水解后生成甲酸，水解產(chǎn)生的甲酸對設(shè)備有較強(qiáng)的腐蝕作用，對萃取系統(tǒng)高溫設(shè)備的正常運(yùn)行構(gòu)成威脅，設(shè)備一旦嚴(yán)重腐蝕就必須切出檢修；而水解產(chǎn)生的二甲胺與水溶性醛類物質(zhì)縮合，產(chǎn)生的褐色聚合物也易堵塞設(shè)備。
盡管目前各企業(yè)已針對上述問題做了一些富有成效的改造和優(yōu)化，但是一旦出現(xiàn)必須停車才能處理的設(shè)備堵塞、腐蝕等問題時，生產(chǎn)必然將因停車檢修而造成較大的損失。借助現(xiàn)有條件進(jìn)行流程的集約化改造，將有助于把損失降到最低；對于2套相同工藝的丁二烯抽提裝置，流程的集約化則可以保證裝置在非正常狀況下的平穩(wěn)運(yùn)行，進(jìn)而延長裝置的運(yùn)行周期，提高裝置的經(jīng)濟(jì)效益。
2 工藝流程的集約化
2.1 蒸汽再沸器流程的集約化
如圖1(略)所示，EA203A和EA203B為第一萃取精餾塔的溶劑再沸器(串聯(lián)操作)，用來回收第一、第二汽提塔塔釜出來的熱溶劑顯熱，給第一萃取精餾塔塔釜物料加熱，使第一萃取精餾塔第116塊塔板和第117塊塔板上的物料溫度從85℃上升至116℃左右。EA203A/B任何一臺出現(xiàn)堵塞將必然導(dǎo)致EA203A/B整體換熱效果的降低，進(jìn)而導(dǎo)致第一萃取精餾塔塔釜溫度達(dá)不到工藝操作的要求。
由于EA203A/B為串聯(lián)操作，因此當(dāng)2臺再沸器中任何1臺再沸器發(fā)生堵塞，不能滿足正常的生產(chǎn)需要時，則必須全線停車將EA203A/B切出系統(tǒng)進(jìn)行清理檢修。通過對EA203A/B2臺再沸器工藝流程的集約化改造，適當(dāng)增加管線閥門，將原來再沸器的串聯(lián)流程改為并聯(lián)，改造結(jié)果如圖1所示，圖中虛線示意部分為新增管線。改造后使EA203A/B2臺再沸器實現(xiàn)了在線切換、在線清理的功能，當(dāng)其中任一臺再沸器發(fā)生堵塞時就可以將其單獨(dú)切出清理而不用將裝置全線停車，保證了裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。
2.2 蒸汽再沸器流程的集約化
DMF法第二萃取精餾系統(tǒng)包括第二萃取精餾塔DA203塔、丁二烯回收塔DA204塔、第二汽提塔DA205塔。3塔釜蒸汽再沸器分別為EA211、EA213、EA215，其中DA203塔、DA205塔能否正常運(yùn)行直接影響到能否生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品、能否保證整個裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。DA203塔、DA205塔釜蒸汽再沸器均為1臺，沒有備用再沸器，一旦發(fā)生堵塞將全線停車檢修。考慮到DA204塔是用來回收來自DA203塔溶劑中少量的丁二烯，以降低丁二烯的損失，因此在緊急情況下可以將DA204塔停止運(yùn)行，通過對第二萃取系統(tǒng)蒸汽再沸器流程的集約化改造，將DA204塔再沸器EA213作為DA203塔或DA205塔的備用再沸器，圖2(略)所示為第二萃取系統(tǒng)蒸汽再沸器改造后的集約化流程，圖中虛線部分為改造后增加的管線及閥門。集約化改造后實現(xiàn)了DA203塔再沸器或DA205塔再沸器在出現(xiàn)緊急情況下的在線搶修。
2.3 裝置間流程的集約化
裝置本身易聚合、易堵塞、易腐蝕的缺點(diǎn)再加上高負(fù)荷長周期運(yùn)行，使得管線、塔堵塞現(xiàn)象越來越明顯，嚴(yán)重制約了裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。比如當(dāng)塔內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重堵塞，必然導(dǎo)致塔內(nèi)液泛，塔內(nèi)溫度、物料液面、壓力、壓差等工藝參數(shù)將難以控制，在只有1套裝置的情況下必須停車檢修。對于精餾系統(tǒng)，在高負(fù)荷、長周期運(yùn)行條件下，由于丁二烯爆聚而導(dǎo)致管線、設(shè)備堵塞的概率大大增加，一旦爆聚嚴(yán)重就必須對發(fā)生爆聚的管線、設(shè)備進(jìn)行緊急處理，以免發(fā)生重大的安全事故，在只有1套裝置的情況下也只能停車檢修。
對于2套相同工藝的裝置，通過裝置間流程的集約化改造可以有效地解決了因設(shè)備堵塞而必須停車處理的問題。由于2套裝置采用了相同的工藝，其操作條件以及各控制指標(biāo)均相同，因此2套裝置各部分的物料組成基本相似，各塔的溫度、壓力也基本相同。鑒于以上這些條件，通過集約化改造就可以將部分堵塞設(shè)備切出系統(tǒng)進(jìn)行臨時檢修消缺。
以2套裝置中第一精餾塔間的流程集約化改造為例進(jìn)行說明，圖3(略)為2套裝置中第一精餾塔間流程集約化改造后的示意圖，圖中虛線示意部分為新增管線。當(dāng)1#裝置中第一精餾塔DAl06發(fā)生堵塞的情況下，通過降低2套裝置的生產(chǎn)負(fù)荷，控制好2套裝置的工藝指標(biāo)，通過新增管線將原來應(yīng)該進(jìn)入DA106塔的前系統(tǒng)的物料引入到第一精餾塔DA206進(jìn)行生產(chǎn)，則保證了1#萃取系統(tǒng)包括壓縮機(jī)的正常運(yùn)行，待DA106塔檢修完畢再將其切入系統(tǒng)。裝置間的流程集約化不僅降低了裝置的全線停車次數(shù)，而且還縮短了開停車時間，減少了因停車放空物料而導(dǎo)致的巨大損失，保證了裝置在非正常運(yùn)行狀況下的平穩(wěn)運(yùn)行。
3 結(jié)語
(1)工藝流程的集約化僅僅通過添加適當(dāng)?shù)墓芫€、閥門就可實現(xiàn)對原有工藝流程的優(yōu)化，提高了裝置操作的靈活性，且投資少、見效快、經(jīng)濟(jì)實用。
(2)工藝流程的集約化方便了關(guān)鍵閥門、管線、設(shè)備在發(fā)生緊急狀況下的臨時處理，大大降低了裝置因為停車帶來的損失，保證了裝置在緊急狀況下的平穩(wěn)運(yùn)行。
(3)對于DMF法抽提工藝，裝置間的凝液系統(tǒng)也可以通過配置相應(yīng)的管線、閥門，實現(xiàn)裝置間能量的互補(bǔ)，提高能量的利用率，從而達(dá)到降低裝置能耗的目的。
(4)工藝流程的集約化還方便了檢修，延長了裝置平穩(wěn)運(yùn)行的周期，實現(xiàn)了用較少的資金獲得較大的投資回報，體現(xiàn)了集約化經(jīng)營帶來的高效益。
